【摘 要】
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随着通信技术的发展,目前拥挤的频带极大地制约了数据的传输效率,而5G毫米波频段拥有着丰富的频谱资源,无疑在未来通信的发展中占据着有利地位。不过毫米波频段存在着空间损耗大、同信道干扰等问题,因此毫米波天线的设计往往更需要考虑宽带、高增益、定向性、多波束等指标。圆极化天线拥有稳定的抗干扰能力,通过组成天线阵可以有效地提高增益从而用于毫米波通信领域;龙伯透镜能够有效地提高天线的增益以及方向性,可应用于毫
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随着通信技术的发展,目前拥挤的频带极大地制约了数据的传输效率,而5G毫米波频段拥有着丰富的频谱资源,无疑在未来通信的发展中占据着有利地位。不过毫米波频段存在着空间损耗大、同信道干扰等问题,因此毫米波天线的设计往往更需要考虑宽带、高增益、定向性、多波束等指标。圆极化天线拥有稳定的抗干扰能力,通过组成天线阵可以有效地提高增益从而用于毫米波通信领域;龙伯透镜能够有效地提高天线的增益以及方向性,可应用于毫米波的远距通信;波束扫描天线可以有效地缓解毫米波频段的多径衰落以及同信道干扰等问题,在毫米波天线设计中也占据着一席之地。本文在结合理论分析的基础上,主要研究了宽带圆极化毫米波阵列天线、应用于毫米波龙伯透镜以及毫米波漏波天线,研究成果可以简单概括为:（1）设计了一种宽带圆极化毫米波阵列天线。该天线的单元辐射结构采用了“S”形微带贴片的形式,同时利用缝隙耦合的馈电方式展宽天线带宽,由于贴片形状的影响,辐射单元表面被激励出环形电流,进而形成圆极化辐射。通过加入一分十六的馈电网络将该圆极化贴片天线单元组成一个4×4的天线阵列,进一步提高天线的增益。最后对该天线加工实测,得到的天线原型的阻抗带宽为27.2GHz到37.2GHz,3dB轴比带宽为28.4GHz到36GHz,辐射增益在11.33dBi到17.81dBi之间。（2）设计了一种宽带高增益毫米波龙伯透镜。先将龙伯透镜离散化处理,分解成4层结构,各层结构的介电常数采用有效介质理论进行设计,设计完成后利用3D打印技术加工实物原型。在实际的测试过程中,馈源天线采用了Ka波段标准增益喇叭的馈源,加入透镜后,天线的增益提高了9.92dB～11.75dB,同时3dB波半宽度由59°汇聚到9°。（3）设计了两种毫米波周期性漏波天线。这两种漏波天线都采用基片集成波导作为传输结构,根据周期性漏波天线的工作原理,分别引入不同的扰动结构实现频率控制的波束扫描。第一种天线采用金属层开缝的扰动方式,仿真优化后的天线的阻抗带宽为26GHz～36GHz,扫描角度为2°～54°,峰值增益可达13.64dBi,不过辐射效率与增益的稳定性较差;第二种天线采用侧面通孔开洞并引入寄生贴片的扰动方式,仿真优化后的天线拥有27GHz～36GHz的阻抗带宽,扫描角度为4°～52°,峰值增益为11.93dBi,同时具有更高的辐射效率。
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